KR20210111728A - Positive electrode active material for secondary battery, method for preparing the same and lithium secondary battery comprising the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a cathode active material for a secondary battery, which comprises: a lithium composite transition metal oxide containing nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn); and a glassy coating layer formed on a particle surface of the lithium composite transition metal oxide. The lithium composite transition metal oxide includes nickel (Ni) of which the content is 60 mol% or more among the total content of the transition metal, and manganese (Mn) of which the content is greater than the content of cobalt (Co). The glassy coating layer includes a glassy compound represented by following formula 1: Li_aM^1_bO_c. In the formula, M^1 is at least one selected from a group consisting of B, Al, Si, Ti, and P, and 1 <= a <=4, 1 <= b <= 8, 1 <= c <= 20. The present invention can improve thermal stability, reduce the residual amount of lithium by-products, and improve the particle strength of the cathode active material to prevent particle breakage during electrode rolling.

Description

이차전지용 양극 활물질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지{POSITIVE ELECTRODE ACTIVE MATERIAL FOR SECONDARY BATTERY, METHOD FOR PREPARING THE SAME AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}Cathode active material for secondary battery, manufacturing method thereof, and lithium secondary battery comprising same

본 발명은 이차전지용 양극 활물질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a cathode active material for a secondary battery, a manufacturing method thereof, and a lithium secondary battery comprising the same.

최근 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 전기 자동차 등 전지를 사용하는 전자기구의 급속한 보급에 수반하여 소형 경량이면서도 상대적으로 고용량인 이차전지의 수요가 급속히 증대되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 경량이고 고에너지 밀도를 가지고 있어 휴대 기기의 구동 전원으로서 각광을 받고 있다. 이에 따라, 리튬 이차전지의 성능향상을 위한 연구개발 노력이 활발하게 진행되고 있다. Recently, with the rapid spread of electronic devices using batteries, such as mobile phones, notebook computers, and electric vehicles, the demand for small, lightweight and relatively high-capacity secondary batteries is rapidly increasing. In particular, a lithium secondary battery has been in the spotlight as a driving power source for a portable device because it is lightweight and has a high energy density. Accordingly, research and development efforts for improving the performance of lithium secondary batteries are being actively conducted.

리튬 이차전지는 리튬 이온의 삽입(intercalations) 및 탈리(deintercalation)가 가능한 활물질로 이루어진 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시킨 상태에서 리튬 이온이 양극 및 음극에서 삽입/탈리 될 때의 산화와 환원 반응에 의해 전기 에너지가 생산된다.In a lithium secondary battery, an organic electrolyte or a polymer electrolyte is charged between a positive electrode and a negative electrode made of an active material capable of intercalation and deintercalation of lithium ions, and lithium ions are intercalated/deintercalated from the positive electrode and the negative electrode. Electric energy is produced by a reduction reaction with

리튬 이차전지의 양극 활물질로는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2), 리튬 망간 산화물(LiMnO2 또는 LiMn2O4 등), 리튬 인산철 화합물(LiFePO4) 등이 사용되었다. 또한, LiNiO2의 우수한 가역 용량은 유지하면서도 낮은 열 안정성을 개선하기 위한 방법으로서, 니켈(Ni)의 일부를 코발트(Co) 및 망간(Mn)으로 치환한 리튬 복합금속 산화물(이하 간단히 'NCM계 리튬 복합 전이금속 산화물' 이라 함)이 개발되었다. 그러나, 종래의 개발된 NCM계 리튬 복합 전이금속 산화물은 용량 특성이 충분하지 않아 적용에 한계가 있었다. As a cathode active material of a lithium secondary battery, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganese oxide (LiMnO 2 or LiMn 2 O 4 , etc.), lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ), etc. were used. . In addition, as a method for improving low thermal stability while maintaining the excellent reversible capacity of LiNiO 2 , a lithium composite metal oxide in which a part of nickel (Ni) is substituted with cobalt (Co) and manganese (Mn) (hereinafter simply referred to as ‘NCM-based Lithium composite transition metal oxide') was developed. However, the conventionally developed NCM-based lithium composite transition metal oxide has insufficient capacity characteristics, so there is a limit to its application.

이와 같은 문제점을 개선하기 위해, 최근에는 NCM계 리튬 복합 전이금속 산화물에서 Ni의 함량을 증가시키려는 연구가 이루어지고 있다. 그러나, 니켈 함량이 높은 고농도 니켈 양극 활물질의 경우, 활물질의 구조적 안정성과 화학적 안정성이 떨어져 열 안정성이 급격히 저하된다는 문제점이 있다. 또한, 활물질 내의 니켈 함량이 높아짐에 따라 양극 활물질 표면에 LiOH, Li2CO3 형태로 존재하는 리튬 부산물이 증가하게 되고, 이로 인해 스웰링(swelling) 현상이 발생하며, 전지의 수명 및 안정성이 저하되는 문제점이 있었다.In order to improve this problem, recently, research to increase the content of Ni in the NCM-based lithium composite transition metal oxide is being made. However, in the case of a high-concentration nickel positive electrode active material having a high nickel content, there is a problem in that the structural stability and chemical stability of the active material are deteriorated, so that thermal stability is rapidly reduced. In addition, as the nickel content in the active material increases, lithium by-products present in the form of LiOH, Li 2 CO 3 on the surface of the positive active material increase, which causes a swelling phenomenon, and the lifespan and stability of the battery are reduced There was a problem being

또한, 고농도 니켈 양극 활물질의 열 안정성 향상을 위해 망간(Mn)의 농도를 증가시키게 되면 활물질의 입자 강도가 저하되어 전극 압연 시 입자 깨짐이 발생하고, 이로 인해 고온 수명 특성이 저하되고, 고온 저장 시 가스 발생의 문제가 있었다.In addition, when the concentration of manganese (Mn) is increased to improve the thermal stability of the high-concentration nickel positive electrode active material, the particle strength of the active material is lowered, causing particle breakage during electrode rolling, which leads to deterioration of high-temperature lifespan characteristics, and high-temperature storage There was a problem with gas generation.

한국등록특허 제10-1651338호Korean Patent No. 10-1651338

본 발명은 고용량 확보를 위해 니켈(Ni)을 60몰% 이상 함유한 High-Ni NCM계 양극 활물질에 있어서, 열 안정성을 향상시키고, 리튬 부산물의 잔존량을 감소시키며, 양극 활물질의 입자 강도를 개선하여 전극 압연 시 입자 깨짐을 방지할 수 있는 이차전지용 양극 활물질을 제공하고자 하는 것이다.The present invention improves the thermal stability, reduces the residual amount of lithium by-products, and improves the particle strength of the positive electrode active material in the High-Ni NCM-based positive active material containing 60 mol% or more of nickel (Ni) to secure high capacity Accordingly, an object of the present invention is to provide a cathode active material for a secondary battery that can prevent particle breakage during electrode rolling.

본 발명은 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물; 및 상기 리튬 복합 전이금속 산화물의 입자 표면에 형성된 유리질 코팅층;을 포함하며, 상기 리튬 복합 전이금속 산화물은 전이금속 전체 함량 중 니켈(Ni)의 함량이 60몰% 이상이고, 망간(Mn)의 함량이 코발트(Co)의 함량보다 크며, 상기 유리질 코팅층은 하기 화학식 1로 표시되는 유리질 화합물을 포함하는 이차전지용 양극 활물질을 제공한다.The present invention is a lithium composite transition metal oxide containing nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn); and a glassy coating layer formed on the particle surface of the lithium composite transition metal oxide, wherein the lithium composite transition metal oxide has a nickel (Ni) content of 60 mol% or more among the total transition metal content, and a manganese (Mn) content It is greater than the content of cobalt (Co), and the glassy coating layer provides a positive active material for a secondary battery including a glassy compound represented by the following Chemical Formula 1.

[화학식 1][Formula 1]

LiaM1 bOc Li a M 1 b O c

상기 식에서, M1은 B, Al, Si, Ti, P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상이고, 1≤a≤4, 1≤b≤8, 1≤c≤20이다.In the above formula, M 1 is at least one selected from the group consisting of B, Al, Si, Ti, and P, and 1≤a≤4, 1≤b≤8, and 1≤c≤20.

또한, 본 발명은 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물을 마련하는 단계; 및 상기 리튬 복합 전이금속 산화물 및 B, Al, Si, Ti, P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 코팅 소스를 건식 혼합하고 열처리하여 유리질 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 리튬 복합 전이금속 산화물은 전이금속 전체 함량 중 니켈(Ni)의 함량이 60몰% 이상이고, 망간(Mn)의 함량이 코발트(Co)의 함량보다 크며, 상기 유리질 코팅층은 하기 화학식 1로 표시되는 유리질 화합물을 포함하는 이차전지용 양극 활물질의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of preparing a lithium composite transition metal oxide containing nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn); and dry mixing and heat-treating a coating source comprising at least one selected from the group consisting of the lithium composite transition metal oxide and B, Al, Si, Ti, and P to form a glassy coating layer; including, the lithium composite In the transition metal oxide, the content of nickel (Ni) in the total content of the transition metal is 60 mol% or more, the content of manganese (Mn) is greater than the content of cobalt (Co), and the glassy coating layer is a glassy compound represented by the following formula (1) It provides a method of manufacturing a cathode active material for a secondary battery comprising a.

[화학식 1][Formula 1]

LiaM1 bOc Li a M 1 b O c

상기 식에서, M1은 B, Al, Si, Ti, P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상이고, 1≤a≤4, 1≤b≤8, 1≤c≤20이다.In the above formula, M 1 is at least one selected from the group consisting of B, Al, Si, Ti, and P, and 1≤a≤4, 1≤b≤8, and 1≤c≤20.

또한, 본 발명은 상기 양극 활물질을 포함하는 양극 및 리튬 이차전지를 제공한다. In addition, the present invention provides a positive electrode and a lithium secondary battery including the positive electrode active material.

본 발명에 따른 이차전지용 양극 활물질은 니켈(Ni)을 60몰% 이상 함유한 High-Ni NCM계 양극 활물질로서 고용량 확보가 가능하며, 망간(Mn)의 농도를 증가시켜 열 안정성을 향상시키면서도 유리질 코팅층으로 인해 입자 강도를 개선할 수 있다. 또한, High-Ni 리튬 복합 전이금속 산화물에 존재하는 리튬 부산물의 일부가 반응하여 유리질 코팅층을 형성함으로써 리튬 부산물을 감소시키는 효과도 발생시킬 수 있다.The positive active material for a secondary battery according to the present invention is a high-Ni NCM-based positive active material containing more than 60 mol% of nickel (Ni), and it is possible to secure a high capacity, and increase the concentration of manganese (Mn) to improve thermal stability while improving the glassy coating layer As a result, the particle strength can be improved. In addition, a portion of the lithium by-product present in the high-Ni lithium composite transition metal oxide may react to form a glassy coating layer, thereby reducing the lithium by-product.

또한, 본 발명에 따른 양극 활물질을 사용하여 이차전지용 양극을 제조하게 되면 전극 압연 시 입자 깨짐을 방지할 수 있으며, 이로 인해 이차전지의 고온 수명 특성을 개선하고, 고온 저장 시 가스 발생을 억제할 수 있다.In addition, when the positive electrode for a secondary battery is manufactured using the positive electrode active material according to the present invention, particle breakage during electrode rolling can be prevented, thereby improving the high-temperature lifespan characteristics of the secondary battery and suppressing gas generation during high-temperature storage have.

도 1은 실시예 및 비교예에 따른 양극 활물질의 입자 강도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 및 비교예에 따른 양극 활물질의 압연 후 입도 분포를 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 및 비교예에 따른 양극 활물질을 사용하여 제조된 이차전지의 고온 수명 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 및 비교예에 따른 양극 활물질을 사용하여 제조된 이차전지의 고온 저장 시 가스 발생량을 나타낸 그래프이다.
1 is a graph showing the results of measuring the particle strength of the positive electrode active material according to Examples and Comparative Examples.
2 is a graph showing the particle size distribution of positive active materials according to Examples and Comparative Examples after rolling.
3 is a graph showing high-temperature lifespan characteristics of secondary batteries manufactured using positive active materials according to Examples and Comparative Examples.
4 is a graph showing the amount of gas generated during high-temperature storage of secondary batteries manufactured using positive electrode active materials according to Examples and Comparative Examples.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이때, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail to help the understanding of the present invention. At this time, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to conventional or dictionary meanings, and the inventor appropriately defines the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that it can be done, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

<양극 활물질><Anode active material>

본 발명의 이차전지용 양극 활물질은 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물; 및 상기 리튬 복합 전이금속 산화물의 입자 표면에 형성된 유리질 코팅층;을 포함한다.The positive active material for a secondary battery of the present invention includes a lithium composite transition metal oxide containing nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn); and a glassy coating layer formed on the particle surface of the lithium composite transition metal oxide.

상기 리튬 복합 전이금속 산화물은 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)을 포함하고, 전이금속 전체 함량 중 니켈(Ni)의 함량이 60몰% 이상인 High-니켈(Ni) NCM이다. 보다 바람직하게는 전이금속 전체 함량 중 니켈(Ni)의 함량이 80몰% 이상일 수 있다. 상기 리튬 복합 전이금속 산화물의 전이금속 전체 함량 중 니켈(Ni)의 함량이 60몰% 이상일 경우 고용량 확보가 가능할 수 있다. The lithium composite transition metal oxide includes nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn), and the content of nickel (Ni) in the total content of the transition metal is 60 mol% or more high-nickel (Ni) NCM. More preferably, the content of nickel (Ni) in the total content of the transition metal may be 80 mol% or more. When the content of nickel (Ni) in the total content of the transition metal of the lithium composite transition metal oxide is 60 mol% or more, it may be possible to secure a high capacity.

또한, 상기 리튬 복합 전이금속 산화물은 망간(Mn)의 함량이 코발트(Co)의 함량보다 크다. 망간(Mn)이 코발트(Co)보다 많이 함유됨으로써 열 안정성을 향상시킬 수 있다. 보다 바람직하게는 전이금속 전체 함량 중 망간(Mn)의 함량은 15 내지 35몰%, 더욱 바람직하게는 15 내지 25몰%일 수 있고, 코발트(Co)의 함량은 18몰% 이하, 더욱 바람직하게는 5몰% 내지 16몰%일 수 있다. In addition, in the lithium composite transition metal oxide, the content of manganese (Mn) is greater than the content of cobalt (Co). By containing more manganese (Mn) than cobalt (Co), thermal stability can be improved. More preferably, the content of manganese (Mn) in the total content of the transition metal may be 15 to 35 mol%, more preferably 15 to 25 mol%, and the content of cobalt (Co) is 18 mol% or less, more preferably may be 5 mol% to 16 mol%.

보다 구체적으로, 상기 리튬 복합 전이금속 산화물은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.More specifically, the lithium composite transition metal oxide may be represented by the following formula (2).

[화학식 2][Formula 2]

LipNi1-(x1+y1+z1)Cox1Mny1M2 z1M3 q1O2 Li p Ni 1-(x1+y1+z1) Co x1 Mn y1 M 2 z1 M 3 q1 O 2

상기 식에서, M2는 Al, Zr, B, W, Mg, Al, Ce, Hf, Ta, Ti, Sr, Ba, F, P, S 및 La로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이며, M3는 Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo, W 및 Cr로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 원소이며, 0.9≤p≤1.1, 0<x1≤0.4, 0<y1≤0.4, 0≤z1≤0.1, 0≤q1≤0.1이고, x1<y1, 0<x1+y1+z1≤0.4이다.In the above formula, M 2 is at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, B, W, Mg, Al, Ce, Hf, Ta, Ti, Sr, Ba, F, P, S and La, and M 3 is at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo, W and Cr, 0.9≤p≤1.1, 0<x1≤0.4, 0<y1≤0.4, 0≤ z1≤0.1, 0≤q1≤0.1, x1<y1, 0<x1+y1+z1≤0.4.

상기 화학식 2의 리튬 복합 전이금속 산화물에 있어서, Li은 p에 해당하는 함량, 즉 0.9≤p≤1.1로 포함될 수 있다. b가 0.9 미만이면 용량이 저하될 우려가 있고, 1.1을 초과하면 소성 공정에서 입자가 소결되어 버려, 양극 활물질 제조가 어려울 수 있다. Li 함량 제어에 따른 양극 활물질의 용량 특성 개선 효과의 현저함 및 양극 활물질 제조시의 소결성이 발란스를 고려할 때, 상기 Li는 보다 바람직하게는 1.0≤p≤1.05의 함량으로 포함될 수 있다.In the lithium composite transition metal oxide of Formula 2, Li may be included in a content corresponding to p, that is, 0.9≤p≤1.1. If b is less than 0.9, there is a fear that the capacity may decrease, and if it exceeds 1.1, the particles are sintered in the sintering process, so it may be difficult to manufacture the positive electrode active material. Considering the remarkable effect of improving the capacity characteristics of the positive active material according to the control of the Li content and the balance of sinterability during the production of the positive active material, Li may be more preferably included in an amount of 1.0≤p≤1.05.

상기 화학식 2의 리튬 복합 전이금속 산화물에 있어서, Ni은 1-(x1+y1+z1)에 해당하는 함량, 예를 들어, 0.6≤1-(x1+y1+z1)<1로 포함될 수 있다. 상기 화학식 2의 리튬 복합 전이금속 산화물 내 Ni의 함량이 0.6 이상의 조성이 되면 충방전에 기여하기에 충분한 Ni량이 확보되어 고용량화를 도모할 수 있다. 보다 바람직하게는 Ni은 0.8≤1-(x1+y1+z1)≤0.9로 포함될 수 있다. In the lithium composite transition metal oxide of Formula 2, Ni may be included in a content corresponding to 1-(x1+y1+z1), for example, 0.6≤1-(x1+y1+z1)<1. When the content of Ni in the lithium composite transition metal oxide of Chemical Formula 2 is 0.6 or more, the amount of Ni sufficient to contribute to charging and discharging is secured, thereby increasing the capacity. More preferably, Ni may be included as 0.8≤1-(x1+y1+z1)≤0.9.

상기 화학식 2의 리튬 복합 전이금속 산화물에 있어서, Co는 x1에 해당하는 함량, 즉 0<x1≤0.4으로 포함될 수 있다. 상기 화학식 2의 리튬 복합 전이금속 산화물 내 Co의 함량이 0.4를 초과할 경우 비용 증가의 우려가 있다. Co 포함에 따른 용량 특성 개선 효과의 현저함을 고려할 때, 상기 Co는 보다 구체적으로 0<x1≤0.18, 더욱 바람직하게는 0.05≤x1≤0.16의 함량으로 포함될 수 있으며, Mn보다 적은 함량으로 포함될 수 있다.In the lithium composite transition metal oxide of Formula 2, Co may be included in a content corresponding to x1, that is, 0<x1≤0.4. When the content of Co in the lithium composite transition metal oxide of Formula 2 exceeds 0.4, there is a risk of cost increase. Considering the significant effect of improving capacity characteristics according to the inclusion of Co, Co may be included in a content of more specifically 0<x1≤0.18, more preferably 0.05≤x1≤0.16, and may be included in an amount less than Mn. have.

상기 화학식 2의 리튬 복합 전이금속 산화물에 있어서, Mn는 y1에 해당하는 함량, 즉 0<y1≤0.4으로 포함될 수 있다. 상기 화학식 2의 리튬 복합 전이금속 산화물 내 y1이 0.4를 초과하면 오히려 전지의 출력 특성 및 용량 특성이 저하될 우려가 있다. Mn 포함에 따른 수명 특성 개선 효과를 고려할 때, 상기 Mn은 보다 구체적으로 0.15≤y1≤0.35, 더욱 바람직하게는 0.15≤y1≤0.25의 함량으로 포함될 수 있다. 활물질의 안정성을 향상시키고, 그 결과로서 전지의 안정성을 개선시키기 위해, Mn은 Co보다 많은 함량으로 포함될 수 있다.In the lithium composite transition metal oxide of Formula 2, Mn may be included in a content corresponding to y1, that is, 0<y1≤0.4. When y1 in the lithium composite transition metal oxide of Chemical Formula 2 exceeds 0.4, there is a risk that the output characteristics and capacity characteristics of the battery are rather deteriorated. In consideration of the effect of improving lifespan characteristics according to the inclusion of Mn, Mn may be included in a content of 0.15≤y1≤0.35, more preferably 0.15≤y1≤0.25. In order to improve the stability of the active material and, as a result, to improve the stability of the battery, Mn may be included in an amount greater than Co.

상기 화학식 2의 리튬 복합 전이금속 산화물에 있어서, M2는 리튬 복합 전이금속 산화물의 결정 구조 내 포함된 도핑원소일 수 있으며, M2는 z1에 해당하는 함량, 즉 0≤z1≤0.1로 포함될 수 있다.In the lithium composite transition metal oxide of Formula 2, M 2 may be a doping element included in the crystal structure of the lithium composite transition metal oxide, and M 2 may be included in a content corresponding to z1, that is, 0≤z1≤0.1. have.

상기 화학식 2의 리튬 복합 전이금속 산화물에 있어서, M3의 금속 원소는 리튬 복합 전이금속 산화물 구조 내에 포함되지 않을 수 있고, 전구체와 리튬 소스를 혼합하고 소성할 때 M3 소스를 함께 혼합하여 소성하거나, 리튬 복합 전이금속 산화물을 형성한 후 별도로 M3 소스를 투입하고 소성하는 방법을 통해 상기 M3가 리튬 복합 전이금속 산화물의 표면에 도핑된 리튬 복합 전이금속 산화물을 제조할 수 있다. 상기 M3는 q1에 해당하는 함량, 즉 0≤q1≤0.1의 범위 내에서 양극 활물질의 특성을 저하하지 않는 함량으로 포함될 수 있다.In the lithium composite transition metal oxide of Formula 2, the metal element of M 3 may not be included in the structure of the lithium composite transition metal oxide, and when the precursor and the lithium source are mixed and fired, the M 3 source is mixed and fired or , a lithium composite transition metal oxide in which M 3 is doped on the surface of the lithium composite transition metal oxide can be prepared through a method of separately inputting an M 3 source and sintering after forming the lithium composite transition metal oxide. The M 3 may be included in an amount corresponding to q1, that is, a content that does not deteriorate the characteristics of the positive electrode active material within the range of 0≤q1≤0.1.

본 발명의 양극 활물질은 상기 리튬 복합 전이금속 산화물의 입자 표면에 형성된 유리질 코팅층을 포함한다. 상기 유리질 코팅층은 하기 화학식 1로 표시되는 유리질 화합물을 포함한다.The positive active material of the present invention includes a glassy coating layer formed on the particle surface of the lithium composite transition metal oxide. The glassy coating layer includes a glassy compound represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

LiaM1 bOc Li a M 1 b O c

상기 식에서, M1은 B, Al, Si, Ti, P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상이고, 1≤a≤4, 1≤b≤8, 1≤c≤20이다.In the above formula, M 1 is at least one selected from the group consisting of B, Al, Si, Ti, and P, and 1≤a≤4, 1≤b≤8, and 1≤c≤20.

니켈(Ni)이 60몰% 이상인 High-니켈(Ni)계 양극 활물질의 열 안정성 향상을 위해 망간(Mn)의 농도를 증가시키게 되면 입자 강도가 저하되어 전극 압연 시 입자 깨짐이 발생하고, 이로 인해 고온 수명 특성이 저하되고, 고온 저장 시 가스 발생의 문제가 있었다. 또한, 니켈(Ni)이 60몰% 이상인 High-니켈(Ni)계 양극 활물질의 경우 리튬 부산물 잔존량이 증가하여 스웰링(swelling) 현상이 발생하고, 전지 수명 및 안정성이 저하되는 문제가 있었다.When the concentration of manganese (Mn) is increased to improve the thermal stability of the high-nickel (Ni)-based positive electrode active material containing nickel (Ni) of 60 mol% or more, the particle strength is lowered, and particle breakage occurs during electrode rolling. High-temperature lifespan characteristics were deteriorated, and there was a problem of gas generation during high-temperature storage. In addition, in the case of a high-nickel (Ni)-based positive electrode active material in which nickel (Ni) is 60 mol% or more, the residual amount of lithium by-products increases, causing a swelling phenomenon, and there is a problem in that battery life and stability are reduced.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여, 니켈(Ni)이 60몰% 이상인 High-니켈(Ni)이면서 망간(Mn)이 코발트(Co)보다 많이 함유된 리튬 복합 전이금속 산화물 입자 표면에 상기와 같은 유리질 코팅층을 형성하였다. 이와 같이 니켈(Ni)이 60몰% 이상인 High-니켈(Ni)이면서 망간(Mn)이 코발트(Co)보다 많이 함유된 리튬 복합 전이금속 산화물 입자 표면에 유리질 코팅층을 형성함으로써, 양극 활물질의 열 안정성을 향상시키면서도 입자 강도를 개선하였으며, 전극 압연 시 입자 깨짐을 방지하고 롤 오염도도 감소시킬 수 있었다. 또한, 리튬 부산물의 일부가 반응하여 유리질 코팅층을 형성함으로써 리튬 부산물을 감소시켰으며, 전지의 고온 수명 특성을 개선하고, 고온 저장 시 가스 발생을 억제하였다.In order to solve this problem, the present invention provides a lithium composite transition metal oxide particle surface in which nickel (Ni) is 60 mol% or more high-nickel (Ni) and manganese (Mn) contains more than cobalt (Co) as described above. A glassy coating layer was formed. As such, by forming a glassy coating layer on the surface of lithium composite transition metal oxide particles containing more than 60 mol% of nickel (Ni) and high-nickel (Ni) and manganese (Mn) than cobalt (Co), thermal stability of the positive electrode active material particle strength was improved while improving In addition, a portion of the lithium by-product reacted to form a glassy coating layer, thereby reducing lithium by-products, improving high-temperature lifespan characteristics of the battery, and suppressing gas generation during high-temperature storage.

상기 유리질 코팅층은 보다 바람직하게는 리튬 붕소 산화물 및 리튬 알루미늄 산화물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는 리튬-붕소-알루미늄 산화물을 포함할 수 있다. The glassy coating layer may more preferably include at least one selected from the group consisting of lithium boron oxide and lithium aluminum oxide. More preferably, lithium-boron-aluminum oxide may be included.

상기 유리질 코팅층은 붕소 및 알루미늄이 0.3중량부:1중량부 내지 0.8중량부:1중량부로 함유될 수 있으며, 보다 바람직하게는 붕소 및 알루미늄이 0.4중량부:1중량부 내지 0.6중량부:1중량부로 함유될 수 있다. 붕소 및 알루미늄의 함량비가 상기 범위 내를 만족함으로써 입자 강도를 더욱 향상시키고, 고온 수명 특성 및 고온 저장 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다.The glassy coating layer may contain boron and aluminum in an amount of 0.3 parts by weight: 1 part by weight to 0.8 parts by weight: 1 part by weight, and more preferably, 0.4 parts by weight of boron and aluminum: 0.4 parts by weight to 0.6 parts by weight: 1 weight. may be contained as a part. When the content ratio of boron and aluminum satisfies within the above range, particle strength may be further improved, and high temperature lifespan characteristics and high temperature storage stability may be further improved.

상기 유리질 코팅층은 상기 리튬 복합 전이금속 산화물의 1차 입자 표면에 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질은 1차 입자가 응집되어 이루어진 2차 입자일 수 있는데, 이때, 상기 유리질 코팅층이 1차 입자 표면에 형성될 수 있으며, 상기 2차 입자 표면에도 상기 유리질 코팅층이 형성될 수 있다.The glassy coating layer may be formed on the surface of the primary particles of the lithium composite transition metal oxide. The positive active material according to an embodiment of the present invention may be secondary particles formed by agglomeration of primary particles. In this case, the vitreous coating layer may be formed on the surface of the primary particles, and the vitreous coating layer is also on the surface of the secondary particles. can be formed.

상기 유리질 코팅층은 리튬 복합 전이금속 산화물 100중량부에 대하여 0.02 내지 0.2중량부로 포함될 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.04 내지 0.15중량부로 포함될 수 있다. The glassy coating layer may be included in an amount of 0.02 to 0.2 parts by weight, more preferably 0.04 to 0.15 parts by weight, based on 100 parts by weight of the lithium composite transition metal oxide.

상기 유리질 코팅층은 20 내지 100nm의 두께로 형성될 수 있으며, 보다 바람직하게는 40 내지 80nm 두께로 형성될 수 있다.The glassy coating layer may be formed to a thickness of 20 to 100 nm, and more preferably, may be formed to a thickness of 40 to 80 nm.

본 발명의 양극 활물질은 입자 강도가 150MPa 이상일 수 있으며, 보다 바람직하게는 150MPa 내지 250MPa을 만족할 수 있고, 더욱 바람직하게는 200MPa 내지 250MPa을 만족할 수 있다.The positive active material of the present invention may have a particle strength of 150 MPa or more, more preferably 150 MPa to 250 MPa, and still more preferably 200 MPa to 250 MPa.

또한, 본 발명의 양극 활물질은 잔류 리튬 부산물의 함량이 1.0중량% 이하일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.2 내지 0.8중량%, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 0.7중량%일 수 있다.In addition, the positive active material of the present invention may have a residual lithium by-product content of 1.0 wt% or less, more preferably 0.2 to 0.8 wt%, and still more preferably 0.3 to 0.7 wt%.

<양극 활물질의 제조방법><Method for producing positive electrode active material>

본 발명의 양극 활물질은 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물을 마련하는 단계; 및 상기 리튬 복합 전이금속 산화물 및 B, Al, Si, Ti, P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 코팅 소스를 건식 혼합하고 열처리하여 유리질 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하여 제조한다.The cathode active material of the present invention may include preparing a lithium composite transition metal oxide including nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn); and forming a glassy coating layer by dry mixing and heat-treating the lithium composite transition metal oxide and a coating source comprising at least one selected from the group consisting of B, Al, Si, Ti, and P.

상기 리튬 복합 전이금속 산화물은 전이금속 전체 함량 중 니켈(Ni)의 함량이 60몰% 이상이고, 망간(Mn)의 함량이 코발트(Co)의 함량보다 큰 리튬 복합 전이금속 산화물이다. 상기 리튬 복합 전이금속 산화물의 보다 구체적인 조성은 앞서 양극 활물질에서 설명한 것과 동일하게 적용될 수 있다.The lithium composite transition metal oxide is a lithium composite transition metal oxide having a nickel (Ni) content of 60 mol% or more and a manganese (Mn) content greater than the cobalt (Co) content of the total transition metal content. A more specific composition of the lithium composite transition metal oxide may be applied in the same manner as described above for the positive electrode active material.

상기 유리질 코팅층은 하기 화학식 1로 표시되는 유리질 화합물을 포함한다.The glassy coating layer includes a glassy compound represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

LiaM1 bOc Li a M 1 b O c

상기 식에서, M1은 B, Al, Si, Ti, P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상이고, 1≤a≤4, 1≤b≤8, 1≤c≤20이다.In the above formula, M1 is at least one selected from the group consisting of B, Al, Si, Ti, and P, and 1≤a≤4, 1≤b≤8, and 1≤c≤20.

상기 유리질 코팅층은 B, Al, Si, Ti, P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 코팅 소스를 건식 혼합하고 열처리하여 형성한다. 이때, 리튬 소스는 별도로 투입하지 않을 수 있다. 니켈(Ni)이 60몰% 이상인 High-니켈(Ni)계 리튬 복합 전이금속 산화물의 경우 리튬 부산물의 잔존량이 많으므로, 리튬 소스를 별도로 투입하지 않고 리튬 부산물의 일부를 반응시켜 상기 유리질 코팅층을 형성함으로써 리튬 부산물을 감소시키는 효과도 발생시킬 수 있다. 이와 같이 형성된 상기 양극 활물질은 잔류 리튬 부산물의 함량이 1.0중량% 이하일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.2 내지 0.8중량%, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 0.7중량%일 수 있다.The glassy coating layer is formed by dry mixing and heat treatment of a coating source including at least one selected from the group consisting of B, Al, Si, Ti, and P. In this case, the lithium source may not be separately added. In the case of a high-nickel (Ni)-based lithium composite transition metal oxide containing 60 mol% or more of nickel (Ni), the residual amount of lithium by-product is large, so a part of the lithium by-product is reacted without separately adding a lithium source to form the glassy coating layer By doing so, the effect of reducing lithium by-products can also be generated. The positive active material thus formed may have a residual lithium by-product content of 1.0 wt% or less, more preferably 0.2 to 0.8 wt%, and still more preferably 0.3 to 0.7 wt%.

상기 코팅 소스는 붕소(B) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 함유하는 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 코팅 소스는 H3BO3, B2O3, HBPO4, (NH4)2B4O7, Al2O3, Al(OH)3, Al(SO4)3 또는 Al(NO3)3 등 일 수 있다.The coating source may include a compound containing at least one selected from the group consisting of boron (B) and aluminum (Al). For example, the coating source may be H 3 BO 3 , B 2 O 3 , HBPO 4 , (NH 4 ) 2 B 4 O 7 , Al 2 O 3 , Al(OH) 3 , Al(SO 4 ) 3 or Al (NO 3 ) 3 and the like.

상기 유리질 코팅층은 붕소 및 알루미늄이 0.3중량부:1중량부 내지 0.8중량부:1중량부로 함유될 수 있으며, 보다 바람직하게는 붕소 및 알루미늄이 0.4중량부:1중량부 내지 0.6중량부:1중량부로 함유될 수 있다. The glassy coating layer may contain boron and aluminum in an amount of 0.3 parts by weight: 1 part by weight to 0.8 parts by weight: 1 part by weight, and more preferably, 0.4 parts by weight of boron and aluminum: 0.4 parts by weight to 0.6 parts by weight: 1 weight. may be contained as a part.

상기 코팅 소스는 리튬 복합 전이금속 산화물 100중량부에 대하여 0.02 내지 2.0중량부로 혼합할 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.04 내지 1.0중량부로 혼합할 수 있다.The coating source may be mixed in an amount of 0.02 to 2.0 parts by weight, more preferably 0.04 to 1.0 parts by weight, based on 100 parts by weight of the lithium composite transition metal oxide.

상기 코팅 소스를 리튬 복합 전이금속 산화물과 건식 혼합한 후, 500 내지 750℃로 열처리하여 상기 유리질 코팅층을 형성할 수 있다. 상기 열처리는 보다 바람직하게는 600 내지 700℃에서 수행할 수 있다.After dry mixing the coating source with the lithium composite transition metal oxide, heat treatment at 500 to 750° C. may be performed to form the glassy coating layer. The heat treatment may be more preferably performed at 600 to 700 °C.

<양극 및 이차전지><Anode and secondary battery>

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면 상기 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지용 양극 및 리튬 이차전지를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a positive electrode for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery including the positive electrode active material.

구체적으로, 상기 양극은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체 위에 형성되며, 상기 양극 활물질을 포함하는 양극 활물질 층을 포함한다.Specifically, the positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector and including the positive electrode active material.

상기 양극에 있어서, 양극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 양극 집전체는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 상기 양극 집전체 표면 상에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 예를 들어 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.In the positive electrode, the positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery, for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or carbon on the surface of aluminum or stainless steel. , nickel, titanium, silver, etc. may be used. In addition, the positive electrode current collector may have a thickness of typically 3 to 500 μm, and may increase the adhesion of the positive electrode active material by forming fine irregularities on the surface of the positive electrode current collector. For example, it may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, a non-woven body, and the like.

또, 상기 양극 활물질 층은 앞서 설명한 양극 활물질과 함께, 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다.In addition, the positive active material layer may include a conductive material and a binder together with the above-described positive active material.

이때, 상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성을 갖는 것이면 특별한 제한없이 사용가능하다. 구체적인 예로는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 도전재는 통상적으로 양극활물질층 총 중량에 대하여 1 내지 30 중량%로 포함될 수 있다.In this case, the conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and in the configured battery, it can be used without any particular limitation as long as it does not cause chemical change and has electronic conductivity. Specific examples include graphite such as natural graphite and artificial graphite; carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black, and carbon fiber; metal powders or metal fibers such as copper, nickel, aluminum, and silver; conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; or conductive polymers such as polyphenylene derivatives, and the like, and one type alone or a mixture of two or more types thereof may be used. The conductive material may be included in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the positive electrode active material layer.

또, 상기 바인더는 양극 활물질 입자들 간의 부착 및 양극 활물질과 양극 집전체와의 접착력을 향상시키는 역할을 한다. 구체적인 예로는 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 또는 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 바인더는 양극 활물질층 총 중량에 대하여 1 내지 30 중량%로 포함될 수 있다.In addition, the binder serves to improve adhesion between the positive electrode active material particles and the adhesion between the positive electrode active material and the positive electrode current collector. Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, carboxymethyl cellulose (CMC) ), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluororubber, or various copolymers thereof, and any one of them or a mixture of two or more thereof may be used. The binder may be included in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the positive active material layer.

상기 양극은 상기한 양극 활물질을 이용하는 것을 제외하고는 통상의 양극 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기한 양극 활물질 및 선택적으로, 바인더 및 도전재를 포함하는 양극 활물질 층 형성용 조성물을 양극 집전체 상에 도포한 후, 건조 및 압연함으로써 제조될 수 있다. 이때 상기 양극 활물질, 바인더, 도전재의 종류 및 함량은 앞서 설명한 바와 같다.The positive electrode may be manufactured according to a conventional positive electrode manufacturing method except for using the above positive electrode active material. Specifically, it may be prepared by applying the above-described positive active material and, optionally, a composition for forming a positive active material layer including a binder and a conductive material on a positive electrode current collector, followed by drying and rolling. In this case, the type and content of the positive electrode active material, the binder, and the conductive material are as described above.

상기 용매로는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용매일 수 있으며, 디메틸셀폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤(acetone) 또는 물 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율을 고려하여 상기 양극활물질, 도전재 및 바인더를 용해 또는 분산시키고, 이후 양극제조를 위한 도포시 우수한 두께 균일도를 나타낼 수 있는 점도를 갖도록 하는 정도면 충분하다.The solvent may be a solvent commonly used in the art, dimethyl sulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol (isopropyl alcohol), N-methylpyrrolidone (NMP), acetone (acetone) or water and the like, and any one of them or a mixture of two or more thereof may be used. The amount of the solvent used is enough to dissolve or disperse the positive electrode active material, the conductive material and the binder in consideration of the application thickness of the slurry and the production yield, and to have a viscosity capable of exhibiting excellent thickness uniformity during application for the production of the positive electrode thereafter. do.

또, 다른 방법으로, 상기 양극은 상기 양극 활물질 층 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 양극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.Alternatively, the positive electrode may be prepared by casting the composition for forming the positive electrode active material layer on a separate support, and then laminating a film obtained by peeling it from the support on the positive electrode current collector.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 양극을 포함하는 전기화학소자가 제공된다. 상기 전기화학소자는 구체적으로 전지 또는 커패시터 등일 수 있으며, 보다 구체적으로는 리튬 이차전지일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, an electrochemical device including the positive electrode is provided. The electrochemical device may specifically be a battery or a capacitor, and more specifically, may be a lithium secondary battery.

상기 리튬 이차전지는 구체적으로 양극, 상기 양극과 대향하여 위치하는 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터 및 전해질을 포함하며, 상기 양극은 앞서 설명한 바와 같다. 또, 상기 리튬 이차전지는 상기 양극, 음극, 세퍼레이터의 전극 조립체를 수납하는 전지용기, 및 상기 전지용기를 밀봉하는 밀봉 부재를 선택적으로 더 포함할 수 있다. The lithium secondary battery specifically includes a positive electrode, a negative electrode positioned to face the positive electrode, a separator and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode is as described above. In addition, the lithium secondary battery may optionally further include a battery container for accommodating the electrode assembly of the positive electrode, the negative electrode, and the separator, and a sealing member for sealing the battery container.

상기 리튬 이차전지에 있어서, 상기 음극은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체 상에 위치하는 음극활물질 층을 포함한다.In the lithium secondary battery, the negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer positioned on the negative electrode current collector.

상기 음극 집전체는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 탄소, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또, 상기 음극 집전체는 통상적으로 3 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있으며, 양극 집전체와 마찬가지로, 상기 집전체 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 예를 들어, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery, and for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, copper or stainless steel surface. Carbon, nickel, titanium, one surface-treated with silver, an aluminum-cadmium alloy, etc. may be used. In addition, the negative electrode current collector may have a thickness of typically 3 to 500 μm, and similarly to the positive electrode current collector, fine irregularities may be formed on the surface of the current collector to strengthen the bonding force of the negative electrode active material. For example, it may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam body, a nonwoven body, and the like.

상기 음극 활물질 층은 음극 활물질과 함께 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함한다. 상기 음극 활물질 층은 일례로서 음극 집전체 상에 음극 활물질, 및 선택적으로 바인더 및 도전재를 포함하는 음극 형성용 조성물을 도포하고 건조하거나, 또는 상기 음극 형성용 조성물을 별도의 지지체 상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 음극 집전체 상에 라미네이션함으로써 제조될 수도 있다.The anode active material layer optionally includes a binder and a conductive material together with the anode active material. The anode active material layer may be formed by applying a composition for forming an anode including an anode active material, and optionally a binder and a conductive material on an anode current collector and drying, or casting the composition for forming a cathode on a separate support, and then , may also be produced by laminating a film obtained by peeling from this support onto a negative electrode current collector.

상기 음극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물이 사용될 수 있다. 구체적인 예로는 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소섬유, 비정질탄소 등의 탄소질 재료; Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si합금, Sn합금 또는 Al합금 등 리튬과 합금화가 가능한 금속질 화합물; SiOα(0 < α < 2), SnO2, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물과 같이 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 금속산화물; 또는 Si-C 복합체 또는 Sn-C 복합체과 같이 상기 금속질 화합물과 탄소질 재료를 포함하는 복합물 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 또한, 상기 음극활물질로서 금속 리튬 박막이 사용될 수도 있다. 또, 탄소재료는 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소 (soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 무정형, 판상, 인편상, 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연, 키시흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (meso-carbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.As the anode active material, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium may be used. Specific examples include carbonaceous materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, and amorphous carbon; metal compounds capable of alloying with lithium, such as Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si alloy, Sn alloy, or Al alloy; metal oxides capable of doping and dedoping lithium, such as SiOα (0 < α < 2), SnO 2 , vanadium oxide, and lithium vanadium oxide; Alternatively, a composite including the above-mentioned metallic compound and a carbonaceous material such as a Si-C composite or a Sn-C composite may be used, and any one or a mixture of two or more thereof may be used. In addition, a metal lithium thin film may be used as the negative electrode active material. In addition, as the carbon material, both low crystalline carbon and high crystalline carbon may be used. As low crystalline carbon, soft carbon and hard carbon are representative, and as high crystalline carbon, natural or artificial graphite of amorphous, plate-like, scale-like, spherical or fibrous shape, and Kish graphite (Kish) graphite), pyrolytic carbon, mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, liquid crystal pitches (Mesophase pitches), and petroleum and coal tar pitch (petroleum or coal tar pitch) High-temperature calcined carbon such as derived cokes) is a representative example.

또, 상기 바인더 및 도전재는 앞서 양극에서 설명한 바와 동일한 것일 수 있다.In addition, the binder and the conductive material may be the same as described above for the positive electrode.

한편, 상기 리튬 이차전지에 있어서, 세퍼레이터는 음극과 양극을 분리하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로, 통상 리튬 이차전지에서 세퍼레이터로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용가능하며, 특히 전해질의 이온 이동에 대하여 저저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것이 바람직하다. 구체적으로는 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름 또는 이들의 2층 이상의 적층 구조체가 사용될 수 있다. 또 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포가 사용될 수도 있다. 또, 내열성 또는 기계적 강도 확보를 위해 세라믹 성분 또는 고분자 물질이 포함된 코팅된 세퍼레이터가 사용될 수도 있으며, 선택적으로 단층 또는 다층 구조로 사용될 수 있다.On the other hand, in the lithium secondary battery, the separator separates the negative electrode and the positive electrode and provides a passage for the movement of lithium ions, and can be used without particular limitation as long as it is normally used as a separator in a lithium secondary battery, especially for the movement of ions in the electrolyte It is preferable to have a low resistance to and excellent electrolyte moisture content. Specifically, a porous polymer film, for example, a porous polymer film made of a polyolefin-based polymer such as an ethylene homopolymer, a propylene homopolymer, an ethylene/butene copolymer, an ethylene/hexene copolymer, and an ethylene/methacrylate copolymer, or these A laminate structure of two or more layers of may be used. In addition, a conventional porous nonwoven fabric, for example, a nonwoven fabric made of high melting point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, etc. may be used. In addition, in order to secure heat resistance or mechanical strength, a coated separator including a ceramic component or a polymer material may be used, and may optionally be used in a single-layer or multi-layer structure.

또, 본 발명에서 사용되는 전해질로는 리튬 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다. In addition, examples of the electrolyte used in the present invention include organic liquid electrolytes, inorganic liquid electrolytes, solid polymer electrolytes, gel polymer electrolytes, solid inorganic electrolytes, and molten inorganic electrolytes, which can be used in the manufacture of lithium secondary batteries, and are limited to these. it's not going to be

구체적으로, 상기 전해질은 유기 용매 및 리튬염을 포함할 수 있다. Specifically, the electrolyte may include an organic solvent and a lithium salt.

상기 유기 용매로는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 유기 용매로는, 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), ε-카프로락톤(ε-caprolactone) 등의 에스테르계 용매; 디부틸 에테르(dibutyl ether) 또는 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 등의 에테르계 용매; 시클로헥사논(cyclohexanone) 등의 케톤계 용매; 벤젠(benzene), 플루오로벤젠(fluorobenzene) 등의 방향족 탄화수소계 용매; 디메틸카보네이트(dimethylcarbonate, DMC), 디에틸카보네이트(diethylcarbonate, DEC), 메틸에틸카보네이트(methylethylcarbonate, MEC), 에틸메틸카보네이트(ethylmethylcarbonate, EMC), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC) 등의 카보네이트계 용매; 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매; R-CN(R은 C2 내지 C20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류; 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류; 또는 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. 이중에서도 카보네이트계 용매가 바람직하고, 전지의 충방전 성능을 높일 수 있는 높은 이온전도도 및 고유전율을 갖는 환형 카보네이트(예를 들면, 에틸렌카보네이트 또는 프로필렌카보네이트 등)와, 저점도의 선형 카보네이트계 화합물(예를 들면, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트 등)의 혼합물이 보다 바람직하다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 약 1:1 내지 약 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다. The organic solvent may be used without any particular limitation as long as it can serve as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. Specifically, as the organic solvent, ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, γ-butyrolactone, ε-caprolactone; ether-based solvents such as dibutyl ether or tetrahydrofuran; ketone solvents such as cyclohexanone; aromatic hydrocarbon-based solvents such as benzene and fluorobenzene; dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), methylethylcarbonate (MEC), ethylmethylcarbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, carbonate-based solvents such as PC); alcohol solvents such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol; nitriles such as R-CN (R is a C2 to C20 linear, branched or cyclic hydrocarbon group, which may include a double bond aromatic ring or an ether bond); amides such as dimethylformamide; dioxolanes such as 1,3-dioxolane; Or sulfolanes and the like may be used. Among them, a carbonate-based solvent is preferable, and a cyclic carbonate (eg, ethylene carbonate or propylene carbonate, etc.) having high ionic conductivity and high dielectric constant capable of increasing the charge/discharge performance of the battery, and a low-viscosity linear carbonate-based compound ( For example, a mixture of ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate or diethyl carbonate) is more preferable. In this case, when the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed in a volume ratio of about 1:1 to about 1:9, the electrolyte may exhibit excellent performance.

상기 리튬염은 리튬 이차전지에서 사용되는 리튬 이온을 제공할 수 있는 화합물이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 상기 리튬염은, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiSbF6, LiAl04, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(C2F5SO3)2, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2. LiCl, LiI, 또는 LiB(C2O4)2 등이 사용될 수 있다. 상기 리튬염의 농도는 0.1 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The lithium salt may be used without particular limitation as long as it is a compound capable of providing lithium ions used in a lithium secondary battery. Specifically, the lithium salt is LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAl0 4 , LiAlCl 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN(C 2 F 5 SO 3 ) 2 , LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 . LiCl, LiI, or LiB(C 2 O 4 ) 2 and the like may be used. The concentration of the lithium salt is preferably used within the range of 0.1 to 2.0M. When the concentration of the lithium salt is included in the above range, the electrolyte may exhibit excellent electrolyte performance because it has appropriate conductivity and viscosity, and lithium ions may move effectively.

상기 전해질에는 상기 전해질 구성 성분들 외에도 전지의 수명특성 향상, 전지 용량 감소 억제, 전지의 방전 용량 향상 등을 목적으로 예를 들어, 디플루오로 에틸렌카보네이트 등과 같은 할로알킬렌카보네이트계 화합물, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사인산 트리아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올 또는 삼염화 알루미늄 등의 첨가제가 1종 이상 더 포함될 수도 있다. 이때 상기 첨가제는 전해질 총 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 포함될 수 있다. In addition to the electrolyte components, the electrolyte includes, for example, haloalkylene carbonate-based compounds such as difluoroethylene carbonate, pyridine, tri Ethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphoric acid triamide, nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazolidinone, N,N-substituted imida One or more additives such as jolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxy ethanol or aluminum trichloride may be further included. In this case, the additive may be included in an amount of 0.1 to 5% by weight based on the total weight of the electrolyte.

상기와 같이 본 발명에 따른 양극 활물질을 포함하는 리튬 이차전지는 우수한 방전 용량, 출력 특성 및 용량 유지율을 안정적으로 나타내기 때문에, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 및 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 등의 전기 자동차 분야 등에 유용하다. As described above, since the lithium secondary battery including the positive electrode active material according to the present invention stably exhibits excellent discharge capacity, output characteristics and capacity retention rate, portable devices such as mobile phones, notebook computers, digital cameras, and hybrid electric vehicles ( It is useful in the field of electric vehicles such as hybrid electric vehicle, HEV).

이에 따라, 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 리튬 이차전지를 단위 셀로 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩이 제공된다. Accordingly, according to another embodiment of the present invention, a battery module including the lithium secondary battery as a unit cell and a battery pack including the same are provided.

상기 전지모듈 또는 전지팩은 파워 툴(Power Tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차, 및 플러그인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용될 수 있다.The battery module or battery pack is a power tool (Power Tool); electric vehicles, including electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles, and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs); Alternatively, it may be used as a power source for any one or more medium and large-sized devices in a system for power storage.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

실시예 1Example 1

리튬 복합 전이금속 산화물 LiNi0.65Co0.15Mn0.20O2 100중량부 및 코팅 소스로서 H3BO3 0.29중량부를 혼합한 후 650℃로 5시간 동안 열처리하여 LiNi0.65Co0.15Mn0.20O2의 입자 표면에 리튬 붕소 산화물(LiBO2, Li2B4O7)(B 500ppm)의 코팅층이 형성된 양극 활물질을 제조하였다.After mixing 100 parts by weight of lithium composite transition metal oxide LiNi 0.65 Co 0.15 Mn 0.20 O 2 and 0.29 parts by weight of H 3 BO 3 as a coating source, heat treatment at 650° C. for 5 hours was applied to the particle surface of LiNi 0.65 Co 0.15 Mn 0.20 O 2 A cathode active material having a coating layer of lithium boron oxide (LiBO 2 , Li 2 B 4 O 7 ) (B 500ppm) was prepared.

실시예 2Example 2

코팅 소스로서 H3BO3 0.58중량부를 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬 붕소 산화물(LiBO2, Li2B4O7)(B 1,000ppm)의 코팅층이 형성된 양극 활물질을 제조하였다. A cathode active material having a coating layer of lithium boron oxide (LiBO 2 , Li 2 B 4 O 7 ) (B 1,000 ppm) was formed in the same manner as in Example 1 except that 0.58 parts by weight of H 3 BO 3 was mixed as a coating source. prepared.

실시예 3Example 3

코팅 소스로서 H3BO3 0.29중량부 및 Al2O3 0.22중량부를 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 리튬-붕소-알루미늄 산화물(Li2B5AlO10, LiB4Al7O17)(B 500ppm, Al 1,000ppm)의 코팅층이 형성된 양극 활물질을 제조하였다.A coating source H 3 BO 3 0.29 parts by weight of Al 2 O 3 0.22 Example 1, the same manner as the lithium, except that a mixture of parts by weight - boron-aluminum oxide (Li 2 B 5 AlO 10, LiB 4 Al 7 O 17 ) (B 500ppm, Al 1,000ppm) a positive electrode active material formed with a coating layer was prepared.

비교예 1Comparative Example 1

코팅 소스를 혼합하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 코팅층이 형성되지 않은 양극 활물질을 제조하였다.A cathode active material in which a coating layer was not formed was prepared in the same manner as in Example 1 except that the coating source was not mixed.

비교예 2Comparative Example 2

리튬 복합 전이금속 산화물 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2을 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 실시하여 양극 활물질을 제조하였다.A cathode active material was prepared in the same manner as in Example 3 except that lithium composite transition metal oxide LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 was used.

비교예 3Comparative Example 3

리튬 복합 전이금속 산화물 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2을 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 실시하여 양극 활물질을 제조하였다. A cathode active material was prepared in the same manner as in Example 3 except that lithium composite transition metal oxide LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 was used.

[실험예 1: 입자 강도 평가][Experimental Example 1: Evaluation of particle strength]

실시예 1~3 및 비교예 1~3에서 제조된 양극 활물질에 대해 Shimadzu MCT-W500 장비로 압자를 양극 활물질 입자에 접촉하여 힘을 가하는 방식으로 입자 강도를 측정하였으며, 그 결과를 표 1 및 도 1에 나타내었다.For the positive active materials prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, the particle strength was measured by applying force by contacting the indenter with the indenter to the positive active material particles with Shimadzu MCT-W500 equipment, and the results are shown in Table 1 and FIG. 1 is shown.

실시예1Example 1 실시예2Example 2 실시예3Example 3 비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 비교예3Comparative Example 3 입자강도(MPa)Grain strength (MPa) 151.6151.6 173.2173.2 225.5225.5 113.5113.5 137.1137.1 145.2145.2

상기 표 1 및 도 1을 참조하면, 유리질 코팅층을 형성하지 않은 비교예 1에 비하여 유리질 코팅층을 형성한 실시예 1~3은 입자 강도가 현저히 향상된 것을 확인할 수 있다. 특히, 리튬-붕소-알루미늄 산화물 코팅층을 형성한 실시예 3은 더욱 우수한 입자 강도 개선 효과를 보였다. 한편, 망간(Mn)의 함량이 코발트(Co)보다 크지 않거나, 니켈(Ni)이 60몰% 미만인 비교예 2 및 3의 경우 실시예 1~3에 비하여 입자 강도가 낮게 나타났다.Referring to Table 1 and FIG. 1 , it can be seen that the particle strength of Examples 1 to 3 in which the glassy coating layer was formed compared to Comparative Example 1 in which the glassy coating layer was not formed was significantly improved. In particular, Example 3 in which the lithium-boron-aluminum oxide coating layer was formed showed a more excellent particle strength improvement effect. On the other hand, in Comparative Examples 2 and 3 in which the content of manganese (Mn) is not greater than that of cobalt (Co) or nickel (Ni) is less than 60 mol%, the particle strength is lower than in Examples 1 to 3.

[실험예 2: 잔류 리튬 부산물 평가][Experimental Example 2: Evaluation of residual lithium by-products]

실시예 1~3 및 비교예 1~2에서 제조된 양극 활물질 10g을 물 100mL에 분산시킨 후 0.1M의 HCl로 적정하면서 pH 값의 변화를 측정하여 pH 적정 곡선(pH titration Curve)을 얻었다. 상기 pH 적정 곡선을 이용하여 각 양극 활물질 내의 LiOH 잔류량과 Li2CO3 잔류량을 계산하였으며, 이들을 합한 값을 전체 리튬 부산물 잔류량으로 평가하여 하기 표 2에 나타내었다.10 g of the positive active material prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2 was dispersed in 100 mL of water, and then titrated with 0.1 M HCl while measuring the change in pH value to obtain a pH titration curve. The residual amount of LiOH and the residual amount of Li 2 CO 3 in each positive electrode active material were calculated using the pH titration curve, and the sum of these values was evaluated as the total amount of residual lithium by-products and is shown in Table 2 below.

LiOH 잔류량(wt%)LiOH residual amount (wt%) Li2CO3 잔류량(wt%)Li 2 CO 3 Residual (wt%) 전체 리튬 부산물 잔류량(wt%)Total lithium by-product residual (wt%) 실시예1Example 1 0.410.41 0.450.45 0.860.86 실시예2Example 2 0.340.34 0.390.39 0.730.73 실시예3Example 3 0.260.26 0.330.33 0.590.59 비교예1Comparative Example 1 0.630.63 0.540.54 1.171.17 비교예2Comparative Example 2 0.470.47 0.490.49 0.960.96

상기 표 2를 참조하면, 유리질 코팅층을 형성하지 않은 비교예 1에 비하여 유리질 코팅층을 형성한 실시예 1~3이 잔류 리튬 부산물의 함량이 현저히 감소되었다.Referring to Table 2, the content of residual lithium by-products was significantly reduced in Examples 1 to 3 in which the glassy coating layer was formed compared to Comparative Example 1 in which the glassy coating layer was not formed.

[실험예 3: 입자 깨짐 평가][Experimental Example 3: Particle Cracking Evaluation]

실시예 1~3 및 비교예 1~3에서 제조된 각 양극 활물질, 카본블랙 도전재 및 PVdF 바인더를 N-메틸피롤리돈 용매 중에서 중량비로 96.5:1.5:2의 비율로 혼합하여 양극 합재(점도: 5000mPa·s)을 제조하고, 이를 알루미늄 집전체의 일면에 도포한 후, 130℃에서 건조 후, 공극률 25%, 압연 밀도 3.35g/cm3 압연하여 양극을 제조하였다.Each of the positive electrode active material, carbon black conductive material, and PVdF binder prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 was mixed in an N-methylpyrrolidone solvent in a weight ratio of 96.5:1.5:2 to obtain a positive electrode mixture (viscosity). : 5000 mPa·s), applied to one side of an aluminum current collector, dried at 130° C., porosity of 25%, and rolling density of 3.35 g/cm 3 to prepare a positive electrode.

압연 후, 레이저 회절 입도 측정 장치(Microtrac MT 3000)를 이용하여 약 28kHz의 초음파를 출력 60W로 조사하여 입도 분포를 측정하여 입자 깨짐 정도를 평가하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다.After rolling, using a laser diffraction particle size measuring device (Microtrac MT 3000), ultrasonic waves of about 28 kHz with an output of 60 W were irradiated to measure the particle size distribution to evaluate the degree of particle breakage, and the results are shown in FIG. 2 .

도 2를 참조하면, 유리질 코팅층을 형성하지 않은 비교예 1은 압연 후 미립자가 많이 형성되고, 압연 전과 비교하였을 때 입도 분포 변화가 큰 반면에, 유리질 코팅층을 형성한 실시예 1~3은 압연 후 미립자 발생 정도가 저하되고, 입도 분포 변화가 감소한 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 실시예 1~3이 유리질 코팅층이 형성됨으로써 입자 강도가 개선된 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 2 , in Comparative Example 1 in which a glassy coating layer was not formed, a lot of fine particles were formed after rolling, and a change in particle size distribution was large compared to before rolling, whereas Examples 1 to 3 in which a glassy coating layer was formed after rolling. It can be seen that the degree of generation of fine particles is reduced and the change in particle size distribution is reduced. Through this, it can be seen that Examples 1 to 3 improved the particle strength by forming the glassy coating layer.

또한, 상기와 같이 양극을 제조하였으며, 롤 프레스 압연 시 압연 구간 0m 대비 200m, 400m 구간 동안 압연했을 때의 색차계치를 통해 롤 프레스 오염도를 측정하여 입자 깨짐 정도를 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.In addition, the positive electrode was manufactured as described above, and the degree of particle breakage was evaluated by measuring the degree of contamination of the roll press through the color difference values when rolling for 200 m and 400 m compared to 0 m in the rolling section during roll press rolling, and the results are shown in Table 2 below. shown in

실시예1Example 1 실시예2Example 2 실시예3Example 3 비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 비교예3Comparative Example 3 압연 전 대비
유지율(%)
Preparation before rolling
Retention (%)
압연 전before rolling 100100 100100 100100 100100 100100 100100
200m 압연200m rolling 81.681.6 84.384.3 91.491.4 71.771.7 75.575.5 77.177.1 400m 압연400m rolling 74.374.3 80.780.7 90.590.5 57.757.7 61.861.8 65.265.2

상기 표 3을 참조하면, 유리질 코팅층을 형성하지 않은 비교예 1에 비하여 유리질 코팅층을 형성한 실시예 1~3은 롤 오염도가 현저히 감소된 것을 확인할 수 있다. 특히, 리튬-붕소-알루미늄 산화물 코팅층을 형성한 실시예 3은 더욱 롤 오염도가 감소된 것을 확인할 수 있다. 한편, 망간(Mn)의 함량이 코발트(Co)보다 크지 않거나, 니켈(Ni)이 60몰% 미만인 비교예 2 및 3의 경우 실시예 1~3에 비하여 오염도가 크게 나타났다. 이를 통해, 실시예 1~3이 유리질 코팅층이 형성됨으로써 입자 강도가 개선된 것을 알 수 있다.Referring to Table 3, it can be seen that Examples 1 to 3 in which the glassy coating layer was formed compared to Comparative Example 1 in which the glassy coating layer was not formed had significantly reduced roll contamination. In particular, in Example 3 in which the lithium-boron-aluminum oxide coating layer was formed, it can be confirmed that the degree of roll contamination was further reduced. On the other hand, in Comparative Examples 2 and 3 in which the content of manganese (Mn) is not greater than that of cobalt (Co) or nickel (Ni) is less than 60 mol%, the degree of contamination was greater than in Examples 1 to 3. Through this, it can be seen that Examples 1 to 3 improved the particle strength by forming the glassy coating layer.

[실험예 4: 전지 성능 평가][Experimental Example 4: Battery Performance Evaluation]

실시예 1~3 및 비교예 1~3에서 제조된 각 양극 활물질, 카본블랙 도전재 및 PVdF 바인더를 N-메틸피롤리돈 용매 중에서 중량비로 96.5:1.5:2의 비율로 혼합하여 양극 합재(점도: 5000mPa·s)을 제조하고, 이를 알루미늄 집전체의 일면에 도포한 후, 130℃에서 건조 후, 압연하여 양극을 제조하였다.Each of the positive electrode active material, carbon black conductive material, and PVdF binder prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 was mixed in an N-methylpyrrolidone solvent in a weight ratio of 96.5:1.5:2 to obtain a positive electrode mixture (viscosity). : 5000 mPa·s), applied to one side of an aluminum current collector, dried at 130° C., and rolled to prepare a positive electrode.

음극 활물질로서 천연흑연, 카본블랙 도전재 및 PVdF 바인더를 N-메틸피롤리돈 용매 중에서 중량비로 85:10:5의 비율로 혼합하여 음극 형성용 조성물을 제조하고, 이를 구리 집전체의 일면에 도포하여 음극을 제조하였다. As a negative electrode active material, natural graphite, carbon black conductive material, and PVdF binder are mixed in an N-methylpyrrolidone solvent in a weight ratio of 85:10:5 to prepare a composition for forming a negative electrode, which is applied to one side of a copper current collector Thus, an anode was prepared.

상기와 같이 제조된 양극과 음극 사이에 다공성 폴리에틸렌의 세퍼레이터를 개재하여 전극 조립체를 제조하고, 상기 전극 조립체를 케이스 내부에 위치시킨 후, 케이스 내부로 전해액을 주입하여 리튬 이차 전지를 제조하였다. 이때 전해액은 에틸렌카보네이트/디메틸카보네이트/에틸메틸카보네이트(EC/DMC/EMC의 혼합 부피비=3/4/3)로 이루어진 유기 용매에 1.0M 농도의 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6)를 용해시켜 제조하였다. An electrode assembly was prepared by interposing a separator of porous polyethylene between the positive electrode and the negative electrode prepared as described above, and the electrode assembly was placed inside the case, and then the electrolyte was injected into the case to prepare a lithium secondary battery. At this time, the electrolyte is prepared by dissolving lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) at a concentration of 1.0 M in an organic solvent consisting of ethylene carbonate / dimethyl carbonate / ethyl methyl carbonate (mixed volume ratio of EC / DMC / EMC = 3 / 4 / 3) did.

상기와 같이 제조된 각 리튬 이차 전지 풀 셀(full cell)을 45℃에서 충전 종지 전압 4.25V, 방전 종지 전압 2.5V, 0.3C/0.3C 조건으로 100 사이클 충방전을 실시하면서 용량 유지율(Capacity Retention[%])을 측정하였으며, 그 측정 결과는 도 3에 나타내었다.Each lithium secondary battery full cell prepared as described above was charged and discharged for 100 cycles at 45° C. under the conditions of a final charge voltage of 4.25V, a final discharge voltage of 2.5V, and 0.3C/0.3C, and the capacity retention rate (Capacity Retention) [%]) was measured, and the measurement results are shown in FIG. 3 .

또한, 상기와 같이 제조된 각 리튬 이차 전지 풀 셀(full cell)을 45℃에서 3주간 보관하면서 가스 발생량을 측정하였으며, 그 측정 결과는 도 4에 나타내었다.In addition, the amount of gas generation was measured while storing each lithium secondary battery full cell prepared as described above at 45° C. for 3 weeks, and the measurement result is shown in FIG. 4 .

도 3을 참조하면, 유리질 코팅층을 형성하지 않은 비교예 1에 비하여 유리질 코팅층을 형성한 실시예 1~3의 고온 수명 특성이 현저히 향상된 것을 확인할 수 있다. 또한, 망간(Mn)의 함량이 코발트(Co)보다 크지 않은 비교예 2 및 니켈(Ni)이 60몰% 미만인 비교예 3에 비해서 실시예 1~3의 고온 수명 특성이 우수하였다. 특히, 리튬-붕소-알루미늄 산화물 코팅층을 형성한 실시예 3은 고온 수명 특성이 더욱 향상된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3 , it can be seen that the high-temperature lifespan characteristics of Examples 1 to 3 in which the glassy coating layer was formed compared to Comparative Example 1 in which the glassy coating layer was not formed were significantly improved. In addition, the high temperature life characteristics of Examples 1 to 3 were excellent compared to Comparative Example 2 in which the manganese (Mn) content was not greater than that of cobalt (Co) and Comparative Example 3 in which the nickel (Ni) content was less than 60 mol%. In particular, in Example 3 in which the lithium-boron-aluminum oxide coating layer was formed, it can be seen that the high-temperature lifespan characteristics were further improved.

도 4를 참조하면, 유리질 코팅층을 형성하지 않은 비교예 1에 비하여 유리질 코팅층을 형성한 실시예 1~3의 고온 저장 시 가스 발생량이 현저히 감소한 것을 확인할 수 있다. 또한, 망간(Mn)의 함량이 코발트(Co)보다 크지 않은 비교예 2 및 니켈(Ni)이 60몰% 미만인 비교예 3에 비해서 실시예 1~3의 고온 저장 안정성이 우수하였다. 특히, 리튬-붕소-알루미늄 산화물 코팅층을 형성한 실시예 3은 고온 저장 안정성이 더욱 향상된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4 , it can be seen that the amount of gas generated during high-temperature storage of Examples 1 to 3 in which the glassy coating layer was formed compared to Comparative Example 1 in which the glassy coating layer was not formed was significantly reduced. In addition, the high temperature storage stability of Examples 1 to 3 was excellent compared to Comparative Example 2 in which the content of manganese (Mn) was not greater than that of cobalt (Co) and Comparative Example 3 in which the content of nickel (Ni) was less than 60 mol%. In particular, in Example 3 in which the lithium-boron-aluminum oxide coating layer was formed, it can be confirmed that the high-temperature storage stability is further improved.

Claims (19)

니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물; 및 상기 리튬 복합 전이금속 산화물의 입자 표면에 형성된 유리질 코팅층;을 포함하며,
상기 리튬 복합 전이금속 산화물은 전이금속 전체 함량 중 니켈(Ni)의 함량이 60몰% 이상이고, 망간(Mn)의 함량이 코발트(Co)의 함량보다 크며,
상기 유리질 코팅층은 하기 화학식 1로 표시되는 유리질 화합물을 포함하는 이차전지용 양극 활물질.
[화학식 1]
LiaM1 bOc
상기 식에서, M1은 B, Al, Si, Ti, P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상이고, 1≤a≤4, 1≤b≤8, 1≤c≤20이다.
lithium composite transition metal oxide including nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn); and a glassy coating layer formed on the particle surface of the lithium composite transition metal oxide.
In the lithium composite transition metal oxide, the content of nickel (Ni) in the total content of the transition metal is 60 mol% or more, the content of manganese (Mn) is greater than the content of cobalt (Co),
The glassy coating layer is a positive active material for a secondary battery comprising a glassy compound represented by the following formula (1).
[Formula 1]
Li a M 1 b O c
In the above formula, M 1 is at least one selected from the group consisting of B, Al, Si, Ti, and P, and 1≤a≤4, 1≤b≤8, and 1≤c≤20.
제1항에 있어서,
상기 양극 활물질은 잔류 리튬 부산물의 함량이 1.0중량% 이하인 이차전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
The positive active material is a positive active material for a secondary battery having a content of residual lithium by-products of 1.0% by weight or less.
제1항에 있어서,
상기 양극 활물질은 입자 강도가 150MPa 이상인 이차전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
The positive active material is a positive active material for a secondary battery having a particle strength of 150 MPa or more.
제1항에 있어서,
상기 유리질 코팅층은 리튬-붕소-알루미늄 산화물을 포함하는 이차전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
The glassy coating layer is a cathode active material for a secondary battery comprising lithium-boron-aluminum oxide.
제4항에 있어서,
상기 유리질 코팅층은 붕소 및 알루미늄이 0.3중량부:1중량부 내지 0.8중량부:1중량부로 함유되는 이차전지용 양극 활물질.
5. The method of claim 4,
The glassy coating layer is a cathode active material for a secondary battery containing boron and aluminum in an amount of 0.3 parts by weight: 1 part by weight to 0.8 parts by weight: 1 part by weight.
제1항에 있어서,
상기 리튬 복합 전이금속 산화물은 하기 화학식 2로 표시되는 이차전지용 양극 활물질.
[화학식 2]
LipNi1-(x1+y1+z1)Cox1Mny1M2 z1M3 q1O2
상기 식에서, M2는 Al, Zr, B, W, Mg, Al, Ce, Hf, Ta, Ti, Sr, Ba, F, P, S 및 La로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소이며, M3는 Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo, W 및 Cr로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 원소이며, 0.9≤p≤1.1, 0<x1≤0.4, 0<y1≤0.4, 0≤z1≤0.1, 0≤q1≤0.1이고, x1<y1, 0<x1+y1+z1≤0.4이다.
According to claim 1,
The lithium composite transition metal oxide is a cathode active material for a secondary battery represented by the following formula (2).
[Formula 2]
Li p Ni 1-(x1+y1+z1) Co x1 Mn y1 M 2 z1 M 3 q1 O 2
In the above formula, M 2 is at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, B, W, Mg, Al, Ce, Hf, Ta, Ti, Sr, Ba, F, P, S and La, and M 3 is at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, Ti, Mg, Ta, Nb, Mo, W and Cr, 0.9≤p≤1.1, 0<x1≤0.4, 0<y1≤0.4, 0≤ z1≤0.1, 0≤q1≤0.1, x1<y1, 0<x1+y1+z1≤0.4.
제1항에 있어서,
상기 리튬 복합 전이금속 산화물은 전이금속 전체 함량 중 니켈(Ni)의 함량이 80몰% 이상인 이차전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
The lithium composite transition metal oxide is a cathode active material for a secondary battery in which the content of nickel (Ni) in the total content of the transition metal is 80 mol% or more.
제1항에 있어서,
상기 유리질 코팅층이 상기 리튬 복합 전이금속 산화물의 1차 입자 표면에 형성된 이차전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
The positive active material for a secondary battery in which the glassy coating layer is formed on the surface of the primary particle of the lithium composite transition metal oxide.
제1항에 있어서,
상기 유리질 코팅층은 리튬 복합 전이금속 산화물 100중량부에 대하여 0.02 내지 0.2중량부로 포함되는 이차전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
The glassy coating layer is a cathode active material for a secondary battery contained in an amount of 0.02 to 0.2 parts by weight based on 100 parts by weight of the lithium composite transition metal oxide.
제1항에 있어서,
상기 유리질 코팅층은 20 내지 100nm의 두께로 형성되는 이차전지용 양극 활물질.
According to claim 1,
The glassy coating layer is a cathode active material for a secondary battery formed to a thickness of 20 to 100nm.
니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)을 포함하는 리튬 복합 전이금속 산화물을 마련하는 단계; 및
상기 리튬 복합 전이금속 산화물 및 B, Al, Si, Ti, P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 코팅 소스를 건식 혼합하고 열처리하여 유리질 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 리튬 복합 전이금속 산화물은 전이금속 전체 함량 중 니켈(Ni)의 함량이 60몰% 이상이고, 망간(Mn)의 함량이 코발트(Co)의 함량보다 크며,
상기 유리질 코팅층은 하기 화학식 1로 표시되는 유리질 화합물을 포함하는 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
[화학식 1]
LiaM1 bOc
상기 식에서, M1은 B, Al, Si, Ti, P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상이고, 1≤a≤4, 1≤b≤8, 1≤c≤20이다.
Preparing a lithium composite transition metal oxide containing nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn); and
Forming a glassy coating layer by dry mixing and heat-treating a coating source comprising the lithium composite transition metal oxide and at least one selected from the group consisting of B, Al, Si, Ti, and P;
In the lithium composite transition metal oxide, the content of nickel (Ni) in the total content of the transition metal is 60 mol% or more, the content of manganese (Mn) is greater than the content of cobalt (Co),
The glassy coating layer is a method of manufacturing a positive electrode active material for a secondary battery comprising a glassy compound represented by the following formula (1).
[Formula 1]
Li a M 1 b O c
In the above formula, M 1 is at least one selected from the group consisting of B, Al, Si, Ti, and P, and 1≤a≤4, 1≤b≤8, 1≤c≤20.
제11항에 있어서,
상기 유리질 코팅층을 형성하는 단계에서, 리튬 소스를 투입하지 않는 것을 특징으로 하는 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
12. The method of claim 11,
In the step of forming the glassy coating layer, a method of manufacturing a cathode active material for a secondary battery, characterized in that not inputting a lithium source.
제11항에 있어서,
상기 양극 활물질은 잔류 리튬 부산물의 함량이 1.0중량% 이하인 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The cathode active material is a method for producing a cathode active material for a secondary battery in which the content of residual lithium by-products is 1.0% by weight or less.
제11항에 있어서,
상기 코팅 소스는 붕소(B) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 함유하는 화합물을 포함하는 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The coating source is a method of manufacturing a cathode active material for a secondary battery comprising a compound containing at least one selected from the group consisting of boron (B) and aluminum (Al).
제11항에 있어서,
상기 유리질 코팅층은 붕소 및 알루미늄이 0.3중량부:1중량부 내지 0.8중량부:1중량부로 함유되는 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The vitreous coating layer is a method for producing a positive active material for a secondary battery containing boron and aluminum in an amount of 0.3 parts by weight: 1 part by weight to 0.8 parts by weight: 1 part by weight.
제11항에 있어서,
상기 코팅 소스는 리튬 복합 전이금속 산화물 100중량부에 대하여 0.02 내지 2.0중량부로 혼합하는 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The coating source is a method of manufacturing a cathode active material for a secondary battery in which 0.02 to 2.0 parts by weight is mixed with respect to 100 parts by weight of the lithium composite transition metal oxide.
제11항에 있어서,
상기 열처리는 500 내지 750℃에서 수행하는 이차전지용 양극 활물질의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The heat treatment is a method of manufacturing a cathode active material for a secondary battery is performed at 500 to 750 ℃.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 양극 활물질을 포함하는 이차전지용 양극.
A positive electrode for a secondary battery comprising the positive active material according to any one of claims 1 to 10.
제18항에 따른 양극을 포함하는 리튬 이차전지.A lithium secondary battery comprising the positive electrode according to claim 18.
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